皮肤光老化与自噬相关性的研究进展

符炽冰，曹舒清，张钰靖，黎可欣

(山西医科大学，太原 030000)

皮肤的光衰老与长期或不断暴露于紫外光(UV)所引起的累积损害有主要关联[1]。紫外线按照频率与波段分成中低频长波(UVA，320～400 nm)、中频中波(UVB，280～320 nm)和高频短波(UVC，200～280 nm)[2]。UVA具有较强的穿透性，可深入作用于真皮层。UVC则因为有臭氧层阻挡研究较少，但因为近年来臭氧空洞的出现，UVC的光老化作用逐渐凸显。UVA和UVB主要通过氧化自由基、细胞因子等造成皮肤细胞凋亡、活力下降以及破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，从而引起皮肤光老化[3]。长时间或反复暴露于紫外线所造成的累积损伤是引起现今皮肤光老化的主要原因。紫外线可以直接损伤皮肤细胞DNA引起细胞衰老，也可以作用于细胞膜、细胞质等，引起细胞内自由基增加，间接通过一系列级联反应引起凋亡。

自噬作为细胞面对损伤时的一种应激反应，可通过消除在光衰老细胞内损伤的细胞器、减少光老化产生的ROS等延缓光老化进程[4]。但对自噬如何减轻紫外线照射所带来的损伤以及通过何种机制促进皮肤细胞的自我修护，目前的研究并不明确。因此，研究自噬相关调节机制阻滞皮肤光老化可发挥重要作用[5]。

1 紫外线介导皮肤光老化

紫外线主要通过类电离辐射的非直接作用引起细胞生物学效应。UV照射皮肤后，细胞内ROS水平增加，抗氧化能力降低，一系列细胞学形态变化会导致氧化应激，进而破坏细胞的蛋白质、脂质、核酸等[6-7]。而不同波长频率的紫外线对皮肤的诱导效应有所差别，目前关于UVA致成纤维细胞老化凋亡途径有以下两方面：一方面直接作用于细胞膜，包括细胞因子受体途径、生长因子受体途径、神经酰胺途径等[8]。另一方面则是活性氧自由基、活性氮自由基、基质金属蛋白酶等活性物质作用于细胞质导致细胞内自由基增多[9]。UVB多数直接被表皮角质细胞DNA吸收，形成光化产物CPDs、6-4PPs等。少数穿透表皮作用于真皮成纤维细胞后使之产生急性光损伤，使得细胞内受损的细胞器蛋白质等大量增加[10]。研究者对UVB诱导衰老的成纤维细胞的转录谱的分析揭示了miRNAs和mRNAs的差异调节过程，并揭示了几种调节途径在这一过程中的作用。

目前已有充足研究证明，人的皮肤成纤维细胞形态变化与UV照射时间强度有关，中小剂量时直接效应是上调细胞增殖活性，而大剂量时，由于细胞损伤严重，细胞形态发生明显变化。研究数据发现，随着照射后时间的推移，本来被激活的自噬功能有逐渐消退的趋势，自噬体阳性细胞数逐渐下降，但均高于非照射组。

2 自噬维持细胞的稳态并参与皮肤光老化的修复

目前，自噬有关理论主要将其分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬，巨自噬是皮肤抗光老化的研究重点。自噬体通过将底物包裹后与溶酶体融合形成自溶体，接头和载体在自溶体处被降解，由此产生的分子被循环到细胞质中，参与维持细胞的稳态过程。当细胞受到外界应激原刺激时，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)被p53和Ses-n2激活，引起细胞自噬。正常情况下，溶酶体表面的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)通过磷酸化人类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(ULK1)下调自噬水平。AMPK激活了TSC1/2，以控制mTORC1的活性。同时反应中的快速去磷酸化作用激活了ULK1，进一步激活了Beclin1。Beclin1进而与Vps43结合形成PI3K复合物，然后与不同调节蛋白结合，参与自噬的不同阶段，如自噬泡的形成。UVRAG是p53的靶基因，用于促进PI3K复合物的形成和自噬泡的运输。两个泛素样共轭系统促进LC3-I的脂肪分化形成LC3-II，并使新生的吞噬细胞膜延伸，使自噬泡转变为自噬体。类e1激活酶Atg7可以激活类e2激活酶Atg3(系统1)或Atg10(系统2)，随后激活与Atg16的类e3链酶复合物Atg5-Atg12偶联物，继而产生LC3-II。LC3-II与适配蛋白或自噬受体(如p62)结合，而后者又通过修饰(如多泛素化)与载体结合，使自噬体成熟效率大大提高。与自噬表达轻微上升时造成细胞活性增高不同，自噬过度表达时细胞活性呈下降趋势。抑制或过度上调自噬都会改变细胞命运，使其从衰老转变为凋亡。

研究表明，成纤维细胞接受UV辐射以后发生急性光损伤，随着照射后时间的推移，接受辐射的剂量逐渐增加，细胞内氧化产物大量增加，反馈性地上调自噬功能。当人体内氧化与抗氧化作用失衡时，氧化应激使机体产生大量氧化中间产物，包括自由基和非自由基，被视为人体衰老和疾病产生的一个重要原因。活性氧水平升高会引起蛋白质、脂类和DNA的氧化损伤，自噬通过聚集蛋白质、脂类和DNA，适应氧化应激给细胞带来的损伤，并恢复体内代谢的平衡。作为自噬的起点，利用抑制mTORC1活性成分调控细胞自噬水平，为治疗皮肤光老化提供了新思路。Lim及其团队通过实验研究了阿片类神经肽α-新内啡肽(NEP)与光老化与细胞自噬之间的联系，实验结果发现NEP可以下调哺乳动物雷帕霉素靶点(p-mTOR)，提高自噬水平，从而使辐射诱导的ROS减少。同时NEP促进了Beclin-1、Atg5-Atg12和LC3-II等关键基因的表达自噬相关分子的表达，还可以减少光老化产生的ROS，减少皮肤损害，这些结果表明NEP有能力激活自噬，并在紫外线辐射后上调细胞自噬水平，且这种自噬是通过减少紫外线产生的ROS诱导。Umar利用药理激活剂提高原代人真皮成纤维细胞(HDF)中的自噬水平，实验结果表明，自噬不仅降低了紫外线对细胞核的损伤，同时促进了损伤DNA的修复。由此可见，对自噬水平进行合理调控，不仅可以维持细胞内的环境平衡，还可以为被紫外线照射的细胞基因提供保护。自噬是一种人体细胞胞质更新的途径，利用含有提高细胞自噬功能的光化学保护剂，可以增加细胞活力，降低紫外线辐射对皮肤光老化的影响，是一种预防紫外线辐射造成皮肤衰老的新策略。

3 皮肤光老化的治疗研究

目前对皮肤光老化的治疗研究主要是使用防晒制品、研发抗光老化制剂和物理治疗等。物理治疗主要有射频与微针、激光与强脉冲光，注射、填充及手术治疗等，可有效改善皮肤的皱纹和毛孔粗大等问题。虽然物理治疗效果明显，但是手术通常恢复较慢。抗光老化制剂通过抑制细胞氧化反应的相关信号通路和促进抗氧化反应的相关通路缓解皮肤老化。有研究者在建立UVB诱导的光老化细胞模型中进行实验，发现黄芪甲苷增加了被UVB下调的胶原蛋白-I(Col1)的表达，黄芪甲苷不仅通过抑制ERK和p38增加Col1的积累，还通过自噬激活抑制UVB诱导的光老化。绿茶植物化学物质是一种外源性抗氧化剂候选物的有效来源，可以消除过量的内源性ROS和RNS，从而减少光老化的影响。体内外研究表明，绿茶补充剂会增加胶原蛋白和弹性蛋白纤维的含量，并抑制胶原蛋白降解酶(MMP-3)在皮肤中的产生，赋予抗皱效果。周桃花等研究发现，人参皂苷Rg1在2.5～40 μg/mL对HDF的UVA损伤有较好的预防和治疗作用。刘彦婷等通过建立光老化小鼠模型发现，全反式维甲酸(ATRA)通过显著增加Ⅰ型和Ⅲ型胶原表达从而修复光老化对皮肤的损伤，修复过程可能与维甲酸受体(RAR)的结合有关。化学剥脱是一种应用广泛的医疗美容技术，通过化学物质作用对皮肤的屏障进行一个可控损伤，从而诱导皮肤表层和真皮重建，起到治疗作用。化学剥脱剂能有效增加皮肤表层细胞的再生速率，促进真皮内纤维细胞的合成和分泌胶原纤维，弹性纤维重新排列，真皮内乳头数量增加，使皮肤厚度增加并变得紧实有弹性，改善光老化产生的皮肤细纹。由于化学剥脱术常使用水杨酸等酸性物质进行治疗，对人体皮肤存在一定的刺激性，容易使人产生反应性炎症，同时伴随着较多的不良反应，如持续性红斑、反应性痤疮等，治疗结束后如果护理不当会导致炎症色素沉着。随着医疗美容技术和人们健康意识的提高，人们将皮肤抗衰作为皮肤管理的重点。临床上用于光老化皮肤防治的方法众多，由于皮肤的耐受性和治疗效果受到遗传、免疫及自身皮肤状态多重因素的影响，上述方法只能针对单一症状进行治疗，所以无论是哪种方法单独使用，均很难全面解决光老化对皮肤的损害。临床上需要根据实际情况为其设计合适的治疗方案。

4 展望

长期大量的紫外线照射是光老化发生的主要原因。紫外线通过提高活性氧含量和代谢物聚集水平，引起细胞DNA损伤，进而导致皮肤衰老。皮肤细胞可以通过细胞自噬来达到细胞质的更新，所以自噬的丧失导致多种细胞功能障碍，可能促进皮肤光老化和促进紫外线诱发损伤，加剧皮肤衰老。而提高自噬可以减少辐射诱导的ROS导致抑制光老化。通过大量实验表明，细胞自噬在对抗光老化中有显著作用，但仍然没能完整阐明自噬在抵抗光老化中的作用机制。自噬在紫外线诱导的细胞凋亡、DNA损伤中起着关键作用，可以修复、去除氧化脂质等，自噬可能因此被认为是防止和修复紫外线损伤皮肤的新途径。针对自噬在面对光老化细胞中的作用机制，分子靶向治疗将有助于临床对于光损伤所导致的皮肤病的防治。